本发明属于锂电池，具体涉及一种锂离子电池负极用氧化硅复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、锂离子电池的负极材料在电池的充放电过程中扮演着关键角色，它负责存储和释放锂离子。目前，锂离子电池的负极材料主要可以分为两大类：碳基材料和其他非碳基材料。碳基负极材料，石墨类材料是最常见的锂离子电池负极材料，包括天然石墨和人造石墨。石墨材料拥有层状结构，锂离子可以在层间嵌入和脱出，这种过程称为“嵌锂”和“脱锂”。石墨负极材料的优点包括：高库仑效率：在充电和放电过程中，石墨能够高效地接受和释放锂离子。稳定的循环性能：石墨材料在多次充放电后仍能保持其结构稳定性。较低的氧化还原电位：有利于提高电池的整体电压和能量密度。低成本：石墨材料的来源广泛，价格相对较低。除了石墨，还有一些其他碳基材料，如硬碳和软碳，它们也用作锂离子电池的负极材料，通常在某些特殊应用中会更受欢迎。非碳基负极材料，硅基材料因其高理论容量而受到广泛关注，理论上，硅的容量可以达到石墨的十倍以上。然而，硅在充放电过程中会有较大的体积膨胀，这可能导致材料结构的破坏和电池性能的衰减。锡基材料和合金类材料(如硅基合金、锗基合金等)也因较高的理论容量而被研究，但同样面临体积膨胀的问题。金属锂理论上是最理想的负极材料，因为它具有非常高的能量密度和低的电化学电位，但是由于锂枝晶的形成和安全性问题，金属锂尚未在商业化的锂离子电池中得到广泛应用。
2、随着技术的发展，一些新型的负极材料如纳米材料、复合材料和过渡金属氧化物等也被不断研究和开发，旨在解决现有材料的局限性，提高电池的能量密度、功率密度和循环寿命。目前，石墨仍然是市场上最广泛使用的负极材料，但未来随着技术的进步，新型负极材料可能会逐渐占据更大的市场份额。
3、氧化硅基材料作为锂离子电池的负极材料，由于其高理论容量、丰富的资源、以及较低的成本，被认为是非常有前景的下一代锂离子电池负极材料之一。氧化硅基材料主要包括二氧化硅、亚氧化硅，以及含有硅和氧的其他化合物。目前市面上的氧化硅基负极材料的电容量不佳，无法满足市场的需求，因此，亟需一种锂离子电池负极用氧化硅复合材料及其制备方法。
技术实现思路
1、本发明的目的是提供一种锂离子电池负极用氧化硅复合材料及其制备方法。
2、为了实现上述目的，本发明提供了以下技术方案：
3、一种锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，包括以下步骤：
4、(1)将1质量份硅源溶解于2-4质量份无水乙醇中，再加入4-6质量份去离子水，搅拌均匀，滴加酸性催化剂，调节ph值在2-4，得到第一溶液；将有机碳源溶解于无水乙醇中，搅拌均匀，有机碳源浓度为30-50g/100ml，调节ph值在2-4，得到第二溶液；将氨水溶解于去离子水中，搅拌均匀，氨水浓度控制在0.1-0.2mol/100ml，得到第三溶液；其中，所述的有机碳源为质量比1：1.4-1.6：0.5-0.7的蔗糖、酚醛树脂和环氧树脂混合；
5、(2)将第三溶液滴加到第二溶液中，并调节ph值为8-9，静置6-10h，形成凝胶；
6、(3)向凝胶中加入3-5倍体积的无水乙醇进行老化，每隔24h置换无水乙醇，重复1-3次，得到老化后的凝胶，常压干燥，得到前驱体产物；
7、(4)氮气保护气氛下，将前驱体产物升温至1100℃保温3h，随炉冷却至室温，制得锂离子电池负极用氧化硅复合材料。
8、进一步地，所述酚醛树脂的游离酚质量百分含量10-14％。购自河北泽田化工有限公司，牌号2127-1。
9、进一步地，所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂，环氧当量为180-190g/eq，在25℃下的粘度为11000-15000cps。购自万青化学科技有限公司，型号为npel-128。
10、进一步地，所述的酸性催化剂为盐酸、硝酸或乙酸。
11、进一步地，将第三溶液滴加到第二溶液中，使碳和硅的质量比为2-4:1。
12、进一步地，常压干燥为在100-120℃环境下干燥15-20h。
13、进一步地，所述硅源为质量比1:2-4的中长链三烷氧基硅烷和正硅酸乙酯混合。
14、进一步地，中长链三烷氧基硅烷为丙基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
15、进一步地，中长链三烷氧基硅烷为质量比1：0.2-0.5：1.6-1.8的丙基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷混合。
16、本发明提供了所述制备方法制得的锂离子电池负极用氧化硅复合材料。
17、与现有技术相比，本发明的优点和有益效果为：
18、1、本发明使用特定配比的碳源进行混合，碳材料在复合材料中起到关键的导电作用，确保了锂离子在材料中的快速传输，氧化硅在锂化和脱锂过程中会经历显著的体积变化，这可能导致材料结构的破坏，适量的碳源有助于缓解这一问题，本发明通过形成坚固的结构框架，支撑氧化硅颗粒，防止其在充放电过程中碎裂或剥落。首次充放电过程中，负极表面会形成一层固体电解质界面(sei)膜。合适的碳源比例有助于形成稳定且薄的sei膜，这对于提高首次充放电效率和延长电池的循环寿命至关重要。碳源在高温碳化过程中会产生一定的孔隙结构，这对于提高锂离子的扩散速率和电池的功率特性是有利的。适当的孔隙率可以平衡电容量和功率性能。碳材料不仅提供电子传导路径，还可以作为额外的锂离子存储位点。特定的碳源比例可以增加复合材料中锂离子的可逆存储量，进而提升电容量。
19、2、在制备锂离子电池负极用氧化硅复合材料的过程中，硅源的选择和比例对最终复合材料的电化学性能，特别是电容量，有显著影响，本发明硅源为质量比1:2-4的中长链三烷氧基硅烷和正硅酸乙酯混合物，三烷氧基硅烷与正硅酸乙酯的不同比例可以影响最终复合材料的微观结构。三烷氧基硅烷含有较长的有机侧链，有助于形成更为开放的孔隙结构，而teos倾向于形成更为致密的网络结构。不同结构的材料对于锂离子的扩散能力、电子导电性和机械稳定性都有不同的影响，进而影响电容量。硅源的比例决定了生成的氧化硅粒子的大小和聚集状态。较小的粒径有助于提高锂离子的扩散速率，而适度的聚集可以增强材料的机械强度。合适的粒径和聚集状态对于提高电容量和循环稳定性至关重要；硅源的量直接影响到复合材料中氧化硅的含量。
1.一种锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述酚醛树脂的游离酚质量百分含量10-14％。
3.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述环氧树脂为缩水甘油醚类环氧树脂，环氧当量为180-190g/eq，在25℃下的粘度为11000-15000cps。
4.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述的酸性催化剂为盐酸、硝酸或乙酸。
5.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，将第三溶液滴加到第二溶液中，使碳和硅的质量比为2-4:1。
6.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，常压干燥为在100-120℃环境下干燥15-20h。
7.根据权利要求1所述的锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，所述硅源为质量比1:2-4的中长链三烷氧基硅烷和正硅酸乙酯混合。
8.根据权利要求7所述的锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，中长链三烷氧基硅烷为丙基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷中的一种或几种。
9.根据权利要求8所述的锂离子电池负极用氧化硅复合材料的制备方法，其特征在于，中长链三烷氧基硅烷为质量比1：0.2-0.5：1.6-1.8的丙基三乙氧基硅烷、丁基三乙氧基硅烷、丙基三甲氧基硅烷混合。
10.一种根据权利要求1-9任一项所述的制备方法制得的锂离子电池负极用氧化硅复合材料。
